簡論太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化技術(shù)的有效應(yīng)用

谷秀志

（北京建筑材料科學研究總院北京100024）

簡論太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化技術(shù)的有效應(yīng)用

谷秀志

（北京建筑材料科學研究總院北京100024）

人們使用太陽能由來已久，特別是近些年，隨著電子智能的不斷發(fā)展，太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其生態(tài)價值和經(jīng)濟價值也不斷受到黨和政府的高度重視。本文立足于太陽能與建筑一體化的實際情況，深入探討如何同時施工和設(shè)計太陽能熱水系統(tǒng)與建筑，以此實現(xiàn)雙方的一體化，從而實現(xiàn)建筑節(jié)能的目的，為在建筑上太陽能的利用拓展更大的發(fā)展空間。

太陽能；建筑；一體化；節(jié)能2015年11月，我國部分省份遭遇到嚴重霧霾侵襲，上百個大中型城市的空氣受到污染，嚴重危害到人民群眾的身體健康。加大節(jié)能降耗的力度，實現(xiàn)能源消耗強度下降，已經(jīng)勢在必行。太陽能的擴大使用不斷被各級政府和民眾提及。太陽能作為清潔可再生能源取之不盡用之不竭，是人類未來最可靠、最期盼的能源之一。

目前，對于太陽能的利用主要集中在生活熱水方面，太陽能熱水系統(tǒng)已經(jīng)成為在太陽能利用中最成熟、最廣泛的應(yīng)用技術(shù)，尤其是其在產(chǎn)業(yè)化方面具有的無可比擬的經(jīng)濟競爭力，使得該系統(tǒng)已經(jīng)成為熱帶、亞熱帶以及溫帶人類必不可少的生活組成部分，在亞寒帶及寒帶的應(yīng)用也取得了不錯的效果。太陽能熱水系統(tǒng)的使用除天氣情況外，限制更少，如果在初裝上得當，后期只有少量的維護成本，相比于燃氣、電熱水器的長期付費使用，具有非常大的優(yōu)勢。以此可以看出，太陽能熱水系統(tǒng)在初裝上的重要意義以及商業(yè)價值，而初裝最重要的一部分就是如何實現(xiàn)與建筑的一體化。

1　太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化應(yīng)用的理念

太陽能與建筑一體化的內(nèi)容涵蓋多個方面，最主要的目的在于將太陽能光熱系統(tǒng)作為建筑整體的一部分去建設(shè)。這其中不僅要求不能破壞和影響建筑的外觀與結(jié)構(gòu)，而且要達到節(jié)能和滿足使用功能的目的。因此，一個主要的理念就是將太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計與建筑設(shè)計同步考慮，達到兩者的和諧統(tǒng)一。在設(shè)計中，其核心的部分就是集熱器的放置，涵蓋面積、角度、美觀等多個因素，只有使得集熱器的安裝與建筑物的屋面形式相符合，才能達到集熱器成為屋面的一部分，較好實現(xiàn)一體化目標。另一個重要的組件是太陽能熱水系統(tǒng)水箱的合理放置，房屋面的承重問題是需要考慮的問題，同時還要兼顧考慮怎樣與建筑相結(jié)合。要恰當解決這個問題，一般采用三種方式，（1）為避免建筑外觀的破壞，加砌與建筑外觀一致的護攔，將之放置在建筑屋頂露天平臺的樓梯間上。（2）在沒有屋頂露天平臺的其他單元，為了在建筑外面看不到熱水箱，保持建筑外觀協(xié)調(diào)和諧，可以在樓梯間頂部專門設(shè)計一個放置熱水箱閣樓，這樣也可以增加整個建筑的美觀度。（3）針對別墅的建筑，為了良好的隱蔽性，符合外部美觀的需要，一般將熱水箱放置在地下車庫，既可以方便日后的維修，又可以完美的利用好空間。

2　是推動太陽能產(chǎn)業(yè)的有效途徑

據(jù)統(tǒng)計，我國占國土面積2/3左右的地區(qū)，年日照時數(shù)超過2200h，這是極為豐富太陽能資源。正是基于此，政府在太陽能的利用上一直非常重視，將太陽能光熱利用納入建筑節(jié)能范疇，可以說，這為太陽能熱水系統(tǒng)建筑一體化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。依據(jù)我國《2000—2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》要求，到2020年，我國太陽熱水器保有量達到5.0×108m2。由此可見，在實現(xiàn)建筑節(jié)能目標的進程中，太陽能光熱技術(shù)的廣泛應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。

太陽能熱水器在設(shè)計之初，就已經(jīng)將建筑當作不可缺少的元素加以考慮。（1）外觀上考慮到集熱器和水箱的問題，在建設(shè)布置上就要求達到與屋頂調(diào)和統(tǒng)一，尤其是重視使太陽能集熱器成為陽臺或墻面建筑的一部分。（2）結(jié)構(gòu)上考慮到建筑的承重、防水等功能，妥善解決了太陽能熱水器的安裝問題,并充分考慮了太陽能熱水器抵御自然災(zāi)害的能力。（3）管路的布置上如何減少熱水管路的長度問題是一個技術(shù)重點，這就需要考慮好太陽能循環(huán)管路、冷熱水供應(yīng)管路的布置，其基礎(chǔ)就是要在建筑上事先留出所有管路的接口和通道。（4）運行上要保證方便快捷的安裝、檢修，同時實現(xiàn)運行的安全和穩(wěn)定也很重要，還要盡可能實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和自動控制，這些都要將建筑物的各類因素考慮進去?？傊?，只有實現(xiàn)上述四個方面與建筑的完美結(jié)合，才是真正的太陽能與建筑一體化，才能推動整個系統(tǒng)和行業(yè)的快速發(fā)展。

但是，由于長期處于不完善的發(fā)展階段，加之行業(yè)的迅速壯大，在太陽能各類產(chǎn)品應(yīng)用中，出現(xiàn)了系統(tǒng)和形式相對都比較單一的情況。還有部分企業(yè)，由于沒有真正太陽能與建筑一體化應(yīng)用的理念進行操作，只考慮了自身的因素，而忽視了與建筑的結(jié)合，導致了太陽能熱水器的安裝沒有規(guī)則，這些都嚴重影響了建筑的結(jié)構(gòu)安全及外部形象。因此，開發(fā)和利用太陽能產(chǎn)品變的相當迫切，如若能統(tǒng)一考慮建筑物與太陽能熱水設(shè)施，將其進行有機結(jié)合，這樣做的結(jié)果就是既能提供生活便利，又能保證建筑物的整體性和美觀性不受破壞。

3　太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合方式的確定

太陽能與建筑的結(jié)合模式直接受到太陽能熱水系統(tǒng)的運行方式的確定的影響。

3.1太陽能集熱器與平屋頂?shù)挠袡C結(jié)合

平屋頂有其自身特點，在集熱器放置上有很大優(yōu)勢?？梢圆捎脙煞N形式，（1）在支座內(nèi)預埋鋼板,上面焊接螺栓固定熱水器，也就是鋼筋混凝土支座與結(jié)構(gòu)層一起澆筑。其中最重要的就是做好支座防水。支座防水的重點在于附加防水層，在設(shè)計上需要做空鋪，這個寬度不應(yīng)小于250 mm。值得注意的是，在收頭處理時，雨水可能會從開口處滲入防水層下部，要注意避免這個問題。防止卷材防水層收頭翹邊，可以應(yīng)用壓條釘固定或用密封材料封嚴卷材防水層。（2）針對后加熱水器,可以使用預制混凝土支座。現(xiàn)在比較實用而且經(jīng)常使用的支座，一般在200 mm的高度、寬度。在建筑支座時，要注意伸出屋面的管線,通過預埋穿屋面套管來實現(xiàn)，這個套管可采用鋼管或PVC管材。另外，應(yīng)預留凹槽以助于用密封材料封嚴套管四周的找平層。

3.2太陽能集熱器與坡屋頂?shù)慕Y(jié)合

3.2.1屋頂飄板太陽能系統(tǒng)設(shè)計

這種設(shè)計不僅可以滿足太陽能采暖要求，而且還能滿足制冷需求。在結(jié)構(gòu)上，采用屋頂架設(shè)飄板鋼結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)上，采用儲熱水箱、溴化鋰吸收式制冷機組、太陽能集熱器系統(tǒng)、管路配件及控制系統(tǒng)。集熱系統(tǒng)采用的504臺熱管型集熱器，主要是20支2.1m真空管，外形尺寸2277mm×1606mm，輪廓采光面積為2.90m2共分成6套系統(tǒng)，采光面積可以達到1461m2；這里面需要使用制冷功率為141kW的溫水型吸收式制冷機2臺，9t的集熱水箱和防過熱水箱各1個。在運行上，由于集熱器安裝在建筑屋頂飄板上，熱量通過集熱器收集，再經(jīng)板式換熱器換到集熱水箱內(nèi)，產(chǎn)生高溫熱水。夏季制冷時，吸收式溴化鋰制冷機獲得水泵輸送的83℃～88℃的高溫熱水，分水器收到機組產(chǎn)生的7℃～12℃冷凍水，室內(nèi)的制冷采用風機盤管系統(tǒng)進行。冬季采暖時，熱量通過集熱器收集，通過板式換熱器將熱量換到集熱水箱內(nèi)，然后直接供給用戶冬季采暖，從而在小區(qū)內(nèi)能源的綜合可持續(xù)利用方面發(fā)揮重大作用。

3.2.2墻面式集熱系統(tǒng)

將墻面集熱器安裝在陽臺之間墻面外側(cè)的挑板上，放置300L水箱于墻面集熱器后的挑板上。墻面集熱器可以分為外掛式和內(nèi)嵌式兩種。外掛式墻面集熱器外形尺寸為2153mm×2960mm，輪廓采光面積為5.396m2，采用34支1.9m真空管的U型管。內(nèi)嵌式墻面集熱器外形尺寸為2030mm×2760mm，輪廓采光面積為5.076m2，采用32支1.8m真空管的U型管。墻面式集熱系統(tǒng)選用U型管墻面太陽能集熱器為集熱元件，為了達到每天為用戶提供300L熱水的目的，需要采用溫差強制循環(huán)方式。同時，因為不同天氣的變化，要保證熱水供應(yīng)，每個系統(tǒng)應(yīng)配有室內(nèi)機。另外，在陰雨天太陽能不足時，可開啟2.4kW電加熱確保熱水使用。

3.2.3陽臺壁掛式集熱系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由貯熱水箱、影屏智控系統(tǒng)、集熱器、室內(nèi)機及其管路配件組成，可以將貯熱水箱安裝在陽臺內(nèi)。太陽能熱水系統(tǒng)的集熱元件可采用U型管，為溫差強制循環(huán)系統(tǒng)，每日為用戶提供300L熱水，將影屏智控系統(tǒng)集電視、太陽能智能控制儀表以及多媒體影音于一體，實現(xiàn)系統(tǒng)可控全自動運行。陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)可以將集熱器安裝在建筑一步臺外墻，為達到輪廓采光面積1.876m2以上，需采用3片12支2.1m真空管的U型管，外形尺寸為994mm×1990mm。另外，也可以采用2片15支2.1m真空管U型管，外形尺寸為1234mm×2290mm，從而將集熱器安裝在封閉陽臺外側(cè)，這樣能夠達到輪廓采光面積2.356m2。

4　結(jié)語

“太陽能與建筑一體化”在太陽能利用中占有非常重要的地位，而太陽能熱水器作為太陽能利用的主要方向，實現(xiàn)其與建筑的一體化，對于我國建筑節(jié)能及太陽能熱利用領(lǐng)域，技術(shù)難題的突破可以發(fā)揮重要的作用。可以說，太陽能熱水器與建筑一體化是太陽能熱水器發(fā)展的必由之路。只有在建筑設(shè)計之初，我們充分認識到太陽能熱水器系統(tǒng)是建筑中不可或缺的組成部分，從而將其包含的所有內(nèi)容巧妙地融入建筑設(shè)計之中,才能夠真正實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，才能不斷促進我國太陽能使用的規(guī)范化、制度化，才能為節(jié)能社會、和諧社會作出更大的貢獻。

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